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新一代鈉離子nfpp體系儲(chǔ)能項(xiàng)目示范電站
近日，上海璞鈉能源科技有限公司作為牽頭單位，揭榜2024年度上海市未來產(chǎn)業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)“揭榜掛帥”新型儲(chǔ)能領(lǐng)域項(xiàng)目，將開展“新一代鈉離子nfpp體系儲(chǔ)能電站”的開發(fā)研制，并將于2025年完成全球首座鈉離子nfpp電站的示范運(yùn)行，隨即開啟“更安全、超寬溫、高倍率放電”新型儲(chǔ)能站的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。
“儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性在雙碳達(dá)標(biāo)、化石能源轉(zhuǎn)型的大背景下，日益受到社會(huì)各界及國(guó)家行業(yè)主管機(jī)構(gòu)的重視。電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)路線的選擇，既要考慮在原料可獲取的安全性和成本方面具備長(zhǎng)期的優(yōu)勢(shì)，又要能解決長(zhǎng)期使用條件下的本征安全性。這對(duì)于全球儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)來說都是極具挑戰(zhàn)的課題?！眓fpp儲(chǔ)能電站項(xiàng)目的牽頭單位上海璞鈉能源科技有限公司首席科學(xué)家、復(fù)旦大學(xué)教授夏永姚如是說。
高安全、長(zhǎng)壽命和低成本的新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)急需突破和快速產(chǎn)業(yè)化
新型儲(chǔ)能，尤其是電化學(xué)儲(chǔ)能，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，也是我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和“雙碳目標(biāo)”的重要支撐。nfpp儲(chǔ)能系統(tǒng)的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，既符合國(guó)家“碳達(dá)峰”、“碳中和”重大戰(zhàn)略目標(biāo)的需求，有效加快新能源開發(fā)進(jìn)程，同時(shí)又幫助減輕我國(guó)能源消費(fèi)對(duì)煤炭石油天然氣等不可再生能源的嚴(yán)重依賴，有利于從源頭減少二氧化碳等溫室氣體排放，助力國(guó)家加快實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)。
儲(chǔ)能市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，根據(jù)電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景大致可以分為三個(gè)部分：電表前端 (ftm) 公用事業(yè)規(guī)模安裝尤其是發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)；用戶側(cè) (btm) 商業(yè)和工業(yè)裝置；和btm住宅裝置。
跨國(guó)知名咨詢公司麥肯錫預(yù)計(jì)：公用事業(yè)規(guī)模的電化學(xué)儲(chǔ)能（已占新增年產(chǎn)能的大部分）將在未來六年中每年都保持增長(zhǎng)29% 左右，是三個(gè)細(xì)分市場(chǎng)中增長(zhǎng)最快的。2030年，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的市場(chǎng)容量可能會(huì)增加5倍。到2030 年，公用事業(yè)規(guī)模的年度裝機(jī)容量將達(dá)到 450 至 620 吉瓦時(shí)（gwh)，公用事業(yè)規(guī)模的電化學(xué)儲(chǔ)能將占據(jù)當(dāng)年總市場(chǎng)的90%，全球電化學(xué)儲(chǔ)能全部市場(chǎng)需求將達(dá)到700gwh,1200億至1500 億美元，或1萬(wàn)億人民幣左右。
儲(chǔ)能全部市場(chǎng)需求巨大，對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的高安全、長(zhǎng)壽命和低成本提出了巨大的挑戰(zhàn)。目前主流的電化學(xué)的新型儲(chǔ)能技術(shù)，多采用成熟的鋰電體系。從三元鋰電到磷酸鐵鋰，技術(shù)不斷迭代，生產(chǎn)工藝也得到迅速的提升。但鋰離子儲(chǔ)能站在全球應(yīng)用過程中，時(shí)不時(shí)發(fā)生的爆燃事件，也不斷地向日益熱烈擁抱新能源轉(zhuǎn)型的大眾提出了巨大的問號(hào)：“人類在現(xiàn)有儲(chǔ)備的技術(shù)路線，還有沒有更安全、更低成本和方便使用的儲(chǔ)能電站了呢？”
當(dāng)前電化學(xué)儲(chǔ)能的技術(shù)路線主要為鋰離子電池，但受制于鋰元素儲(chǔ)量及地理分布的不足，鋰離子電池原材料價(jià)格大幅波動(dòng)，2022原材料碳酸鋰年較2020年前價(jià)格最高增長(zhǎng)10倍左右，一度達(dá)到50萬(wàn)/噸。據(jù)usgs和中國(guó)地礦局?jǐn)?shù)據(jù)，全球鋰礦高度集中于玻利維亞、智利、阿根廷和澳大利亞，上述國(guó)家鋰資源儲(chǔ)量占全球70%以上。我國(guó)鋰資源儲(chǔ)量占全球不到7%，且由于開采難度大，成本高，下游需求大，鋰資源供應(yīng)進(jìn)口依賴度較高。
鈉元素資源非常豐富且分布均勻易獲得，沒有資源“卡脖子”問題。鈉離子電池相對(duì)于鋰離子電池還具有低成本的特點(diǎn)。相對(duì)于鋰離子電池，鈉離子電池體積和重量能量密度較低，鈉離子電池在短路情況下瞬時(shí)發(fā)熱量少，溫升較低，熱失控溫度也低于鋰電池，因此在安全測(cè)試中表現(xiàn)優(yōu)秀。鈉電池經(jīng)過過充過放、短路、針刺、擠壓等嚴(yán)格測(cè)試，都能做到不起火、不爆炸，更加安全可靠。鈉離子電池受極端環(huán)境影響較弱，尤其在低溫環(huán)境下性能穩(wěn)定，適合在寒冷地區(qū)使用。
長(zhǎng)期看鈉離子電池勢(shì)必會(huì)成為今后新型儲(chǔ)能的重要方向
鈉離子電池的發(fā)展對(duì)于緩解鋰資源短缺、降低對(duì)國(guó)外資源的依賴、促進(jìn)科技進(jìn)步和降低能源成本等方面也具有重要意義。隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，鈉離子電池的商業(yè)化應(yīng)用前景廣闊，對(duì)電動(dòng)車市場(chǎng)、儲(chǔ)能市場(chǎng)和電力行業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
目前，鈉離子電池已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，技術(shù)路線的不同主要區(qū)別于正極材料的不同，而其他的材料、輔材及電池的工藝則基本相同。目前正極材料典型的技術(shù)路線有五種：而上海璞鈉能源科技有限公司則采用復(fù)合磷酸鐵鈉-硬炭，相較于其他四種技術(shù)路線，在安全性、循環(huán)壽命、超寬溫及放電倍率上擁有明顯的優(yōu)勢(shì)和性能。
數(shù)據(jù)分析顯示，在儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景下，循環(huán)壽命對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性有重大影響，其他還包括充放電效率和充放電深度。顯然，循環(huán)壽命對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性影響最大。璞鈉的復(fù)合磷酸鐵鈉技術(shù)路線在循環(huán)壽命上將達(dá)到或超越磷酸鐵鋰，而安全性上比鋰電擁有顯著的提升和保障；而80%的放電深度條件下6000-10000次以上的循環(huán)壽命，90以上的充放電效率也是遙遙領(lǐng)先其他技術(shù)路線。璞鈉的復(fù)合磷酸鐵鈉技術(shù)和市場(chǎng)目前主流的磷酸鐵鋰相比較，在直接原材料成本（bom）和制造成本上，都有明顯的優(yōu)勢(shì)。另外，nfpp體系電站的超高放電倍率，對(duì)于未來電站在汽車進(jìn)行快充的場(chǎng)景下，也具備極大的優(yōu)勢(shì)。
另外，nfpp儲(chǔ)能電站，可在零下45攝氏度到60攝氏度環(huán)境下正常工作，而現(xiàn)有的儲(chǔ)能電站在低溫環(huán)境下使用，需耗費(fèi)其本身的電量進(jìn)行加熱；而在高溫環(huán)境下，傳統(tǒng)電站的放電效能也明顯降低或工作異常。
鈉離子nfpp新型儲(chǔ)能面臨的挑戰(zhàn)
在地方政府、投資方的信心注入下，處于起步期的璞鈉將走上nfpp正極材料的產(chǎn)能擴(kuò)張之路，百噸級(jí)產(chǎn)線建成后市場(chǎng)高度認(rèn)可，產(chǎn)品供不應(yīng)求。但璞鈉能源首席科學(xué)家夏永姚教授的態(tài)度是進(jìn)取而不失穩(wěn)健，“產(chǎn)能的擴(kuò)張也存在兩難的矛盾，如果達(dá)不到一定規(guī)模的產(chǎn)量，那么下游訂單可能不會(huì)優(yōu)先考慮我們。如果建立新產(chǎn)線后，但面臨沒有足夠的市場(chǎng)需求，也會(huì)帶來新的問題。因此，平衡產(chǎn)能也是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)”，璞鈉選擇穩(wěn)健的發(fā)展路徑，既能讓自身可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，又不至于帶來過重資金壓力的方案，“在有銷量預(yù)期的前提下，我們的產(chǎn)能建設(shè)是一次規(guī)劃，分步實(shí)施。第一步是在年底之前先建立一萬(wàn)噸正極材料的產(chǎn)能，不會(huì)盲目一次把產(chǎn)能做得太大，在一萬(wàn)噸正極材料等產(chǎn)能利用率達(dá)到預(yù)期后，璞鈉才會(huì)考慮進(jìn)行下一輪產(chǎn)能建設(shè)?！?
nfpp正極材料的產(chǎn)能擴(kuò)張并不只是一個(gè)數(shù)字的決定，這個(gè)決策反映著璞鈉團(tuán)隊(duì)對(duì)未來應(yīng)用場(chǎng)景的分析。其中，儲(chǔ)能是增長(zhǎng)潛力最大的未來應(yīng)用場(chǎng)景，在儲(chǔ)能方面，鈉離子電池?fù)碛性蟽?chǔ)量及成本、低溫性能和安全性高等三方面優(yōu)勢(shì)；夏永姚認(rèn)為，“鈉電和鋰電將是長(zhǎng)期共存的狀態(tài)”，兩個(gè)產(chǎn)業(yè)形成互補(bǔ)共存，而鈉離子電池在市場(chǎng)中能占據(jù)多少份額，則取決于產(chǎn)品的性價(jià)比，尤其在于成本的控制，而如前所述，基于較低的原料成本，從長(zhǎng)期來看有充足信心，在實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)后，理論上鈉離子電池的成本將比鋰離子電池低接近30%左右，從而實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)份額上的擴(kuò)張。但在目前鋰電儲(chǔ)能體系的價(jià)格處于市場(chǎng)低谷，對(duì)于nfpp儲(chǔ)能系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營(yíng)形成了階段性的挑戰(zhàn)與壓力。
只有凸顯nfpp的獨(dú)特性能，才能形成與鋰電的差異化競(jìng)爭(zhēng)與性能互補(bǔ)的關(guān)系。
璞鈉與璞鈉股東之一——上海機(jī)場(chǎng)集團(tuán)的合作，“我們的產(chǎn)品在機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景主要有兩個(gè)方面”，其一是機(jī)場(chǎng)內(nèi)的公共交通，比如乘客擺渡車、地勤工作用車等，“這些交通工具對(duì)于續(xù)航里程可能并沒有很高的要求，但對(duì)低溫下的性能肯定有要求”，這就和璞鈉的聚陰離子-復(fù)合磷酸鐵鈉技術(shù)路線的特點(diǎn)相當(dāng)契合。其二是一些特定位置的機(jī)場(chǎng)可能會(huì)采用風(fēng)能、太陽(yáng)能等發(fā)電形式，且機(jī)場(chǎng)也是能源消耗重地，有比較大的潛在儲(chǔ)能需求，“很可能成為未來雙方合作的增長(zhǎng)點(diǎn)”。璞鈉的另一個(gè)股東申能集團(tuán)本身就是一個(gè)能源企業(yè)，而中國(guó)有巨大的儲(chǔ)能市場(chǎng)需求，綠色能源體系是未來能源發(fā)展的必然趨勢(shì)。復(fù)旦大學(xué)作為項(xiàng)目的參與方之一，同負(fù)責(zé)儲(chǔ)能系統(tǒng)集成及能源智慧管理任務(wù)的樂創(chuàng)能源公司一起，為nfpp儲(chǔ)能站的開發(fā)提供了強(qiáng)大的學(xué)術(shù)和運(yùn)營(yíng)能力的支撐。
上海璞鈉能源牽頭開發(fā)的nfpp儲(chǔ)能電站項(xiàng)目，通過將鈉離子在上海試點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行首次慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻示范應(yīng)用，通過合建或改建方式整合為電源側(cè)獨(dú)立新型儲(chǔ)能電站，接入電網(wǎng)并由電網(wǎng)直接調(diào)度，可提高儲(chǔ)能利用效率和新能源消納能力，并有效提升新能源電場(chǎng)電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，加快新能源并網(wǎng)，提高全國(guó)可再生能源開發(fā)利用水平，提升新能源（太陽(yáng)能、風(fēng)能等）在我國(guó)能源利用中的占比，對(duì)解決我國(guó)能源短缺問題提供重要支撐。
鈉離子nfpp電池實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化前景廣闊，可以有效降低電化學(xué)儲(chǔ)能成本，提升新能源利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也將大大提升儲(chǔ)能電站長(zhǎng)期使用的安全水平。因此建立聚陰離子正極鈉離子電池儲(chǔ)能電站十分迫切和必要，此項(xiàng)也是填補(bǔ)全球范圍內(nèi)鈉電聚陰離子nfpp儲(chǔ)能站的行業(yè)空白，示范效應(yīng)明顯。
